寬帶阻抗測量儀的設(shè)計——信號檢測電路設(shè)計（一）

作者：時間：2013-02-19 來源：網(wǎng)絡(luò)

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4.2.2輸入信號調(diào)理

信號調(diào)理電路主要是使輸入的信號幅度滿足幅相檢測芯片AD8302的要求，保證測量的精度，并濾除干擾信號。通過對數(shù)放大器測定信號的能量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由DSP處理，根據(jù)結(jié)果來控制調(diào)理電路中的增益放大器的放大倍數(shù)，從而使信號幅度滿足AD8302的要求。

對兩輸入信號的調(diào)理按照兩方面進(jìn)行：一是對輸入信號（被測網(wǎng)絡(luò)的輸出信號）和參考信號的幅度進(jìn)行可控放大或衰減；二是對輸入信號的噪聲干擾進(jìn)行抑制。

信號檢測電路的設(shè)計如圖4-6所示。

圖中使用可控增益放大器AD8369對輸入信號和參考信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)，把兩信號控制在AD8302所要求的范圍內(nèi)，一方面避免損壞器件，另一方面使增益和相位得到有效檢測。

AD8369采用了并行方式進(jìn)行增益的設(shè)置，接收信號的一端并聯(lián)了100的電阻是為了保證系統(tǒng)為50系統(tǒng)，因AD8369的輸入端到地的等效阻抗為100，并聯(lián)100電阻后其輸入阻抗為50。

在圖4-6中的橢圓低通濾波器是為了抑制輸入信號中的外來噪聲和參考信號中高頻噪聲，其設(shè)計過程和LPF1、LPF2的設(shè)計相同，可以直接采用圖3-5中的元件值。AD8302輸入端口的1nF電容起隔直的作用。

4.2.3輔助檢波電路

輔助檢波電路的目的是為了使信號調(diào)理與檢波鑒相電路形成一個閉環(huán)的控制系統(tǒng)。當(dāng)輔助檢波電路發(fā)現(xiàn)輸入信號幅度太小或過大時，系統(tǒng)可自動調(diào)整圖4-6中控制輸入信號的可控增益放大器AD8369的放大倍數(shù)或衰減倍數(shù)。

輔助檢波電路使用了對數(shù)放大器AD8307，AD8307為單端5V電壓供電，150μA的靜態(tài)電流，其帶寬為500MHz，輸入信號的動態(tài)范圍達(dá)92dB：- 75dBm~+17dBm。當(dāng)輸入信號小于-75dBm時，可參照表3-7加大AD8369的增益；一般情況下，AD8369的增益可按照使輸入信號功率接近-30dBm的原則進(jìn)行控制。故輔助檢波電路中使用AD8307可以達(dá)到準(zhǔn)確控制AD8302輸入信號大小，提高檢波與鑒相的效果。

AD8307的內(nèi)部具有6個放大單元，可起到放大或限制功能，每個單元的增益為14.3dB且小信號帶寬為900MHz，這些單元可以起到對數(shù)放大功能，增益可達(dá)86dB，檢測單元對信號也具有14.3dB的放大增益，但考慮到檢測單元內(nèi)的被動衰減，使得可檢測信號的總范圍在90dB左右。這些功能單元的偏置受到能帶隙參考和增益的影響，能帶隙電路還會影響到對數(shù)放大器的斜率和穩(wěn)定性，AD8307通過引腳ENB（引腳6）來使能該電路。檢測單元對輸入信號檢測后輸出為電流信號，該電流的斜率為2μA/dB，當(dāng)外部輸出引腳4懸空時，輸出電壓的斜率由于該電流流經(jīng)唯一的到地電阻12.5K，因而固定為25mV/dB。當(dāng)AD8307的輸出引腳4和引腳5接有電阻時，如圖4-7所示。

那么AD8307輸出電壓的斜率因輸出端電阻而改變?yōu)?0mV/dB±10%；輸出信號的截止電壓隨VR 2的改變而有±3dB的波動。

如果需要更大的輸出電壓斜率則需加運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)，如圖4-7中所加的額外運(yùn)放，該運(yùn)放的輸出端口的電壓斜率受R 2值大小的影響。當(dāng)R 2 =4.99K時，輸出電壓斜率為25mV/dB；當(dāng)R 2 =30.1K時，輸出電壓斜率為50mV/dB；當(dāng)R 2 =80.6K時，輸出電壓斜率為100mV/dB。

當(dāng)AD8307在ENB（引腳6）接高（5V供電）時，輸出電壓斜率和截止電壓不進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況下，其輸出電壓與輸入信號功率的對應(yīng)關(guān)系見式（4- 6）。